JP4951712B2

JP4951712B2 - 有機ｅｌデバイス製造装置及び同製造方法並びに成膜装置及び成膜方法

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Publication number: JP4951712B2
Application number: JP2011132951A
Authority: JP
Inventors: 雅若林; 信広韮沢; 賢治弓場; 行雄落合; 幹夫浅田
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2011-06-15
Filing date: 2011-06-15
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2028-09-04
Also published as: JP2011187456A

Description

本発明は、有機ＥＬデバイス製造装置及び同製造方法並びに成膜装置及び成膜方法に係わり、特に大型基板を搬送して蒸着法による製造に好適な有機ＥＬデバイス製造装置及び同製造方法に関する。

表示デバイスとして有機ＥＬデバイスが注目され、その製造する有力な方法として真空蒸着法がある。表示デバイスの大型化とともに、有機ＥＬデバイスにおいてもその大型化の要求があり、基板サイズは１５００ｍｍ×１８５０ｍｍにも及ぶ。
一般的な真空蒸着法における基板搬送方法としては、下から蒸着するために蒸着面を下にして搬送する下面搬送がある。下面搬送では、下面は蒸着面であり蒸着面を保持できず、表示面として使われない枠部分を保持等して搬送する必要がある。または、基板の大型化にともない、基板をトレイに入れて垂直に搬送する垂直搬送も提案されている。前記公知例としては下記のものがある。

特開２００６−１４７４８８号公報特開２００４−２５９６３８号公報

しかしながら、下面搬送では、枠部分のみ保持の搬送のために、基板の大型化にともないタワミが大きくなる。タワミが大きくなると枠部分の保持力しかないので、特別な保持機構が必要となる。また、保持力が不足すると落下の危険性も高まる。さらに、タワミの問題は、搬送だけでなく、下面蒸着時においてもシャドウマスクのタワミにも影響し、両者の影響が相まって高精彩な蒸着ができないという課題がある。

一方、垂直搬送ではタワミの問題は解消できるが、搬送用トレイが必要でそのトレイも大型し、トレイによる搬送時の発塵やトレイの回収・洗浄機構が必要になるなどの課題がある。
従って、本発明の第一の目的は、機構が簡単で上面搬送ができる有機ＥＬデバイス製造装置または同製造方法あるいは成膜装置または成膜方法を提供することである。
また、本発明の第二の目的は、上面搬送においても高精彩に蒸着可能な有機ＥＬデバイス製造装置または同製造方法あるいは成膜装置また成膜方法を提供することである。

上記第１の目的を達成するために、基板を搬入ロード室から搬入させ、少なくとも１台の真空チャンバを介して、搬出ロード室へと搬送し、前記真空チャンバにおいて蒸着材料を前記基板に蒸着する際に、前記基板の蒸着面を上面にして搬送し、少なくとも前記基板を移動させる場合には前記基板の搬送面が摺動しないように保持することを第１の特徴とする。

また、上記第二の目的を達成するために、前記真空チャンバ内で前記基板を受渡し、その後前記基板を蒸着する位置に移動させることを第２の特徴とする。
さらに、上記第二の目的を達成するために、前記基板の蒸着面を上面にして搬送する場合には、第１の特徴に加え、前記移動は前記基板面を略垂直に立てることを第３の特徴とする。

本発明によれば、簡単な構造で上面搬送ができる有機ＥＬデバイス製造装置または同製造方法あるいは成膜装置または成膜方法を提供することができる。
また、本発明によれば、上面搬送においても高精彩に蒸着可能な有機ＥＬデバイス製造装置または同製造方法あるいは成膜装置または成膜方法を提供することができる。

本発明の実施形態である有機ELデバイス製造装置を示す図である。本発明の実施形態である搬送チャンバ２と処理チャンバ１の構成の概要を示す図である。本発明の実施形態である搬送チャンバと処理チャンバの構成の模式図と動作説明図である。シャドウマスクを示す図である本発明の実施形態である搬送機構を示す図である。本発明の実施形態である処理チャンバ１の処理フローを示した図である。基板を垂直に立てて蒸着する理由を説明する図である。 (a)：本発明の処理チャンバの第２の実施形態を示す図である。(b)：本発明の処理チャンバの第３の実施形態を示す図である。

発明の第１の実施形態を図１から図７を用いて説明する。有機ELデバイス製造装置は、単に発光材料層(EL層)を形成し電極で挟むだけの構造ではなく、陽極の上に正孔注入層や輸送層、陰極の上に電子注入層や輸送層など様々な材料が薄膜としてなる多層構造を形成したり、基板を洗浄したりする。図１はその製造装置の一例を示したものである。

本実施形態における有機ELデバイス製造装置１００は、大別して処理対象の基板６を搬入するロードチャンバ３、基板６を処理する４つのクラスタ(A〜D)、各クラスタ間又はクラスタとロードチャンバ３あるいは次工程(封止工程)との間の設置された５つの受渡室４から構成されている。次工程の後方には基板を搬出するために少なくとも後述するロード室３１のようなアンロード室(図示せず)がある。

ロードチャンバ３は、前後に真空を維持するためにゲート弁１０を有するロード室３１と、ロード室３１から基板６(以下、単に基板という)を受取り、旋回して受渡室４aに基板６を搬入する搬送ロボット５aからなる。各ロード室３１及び各受渡室４は前後にゲート弁１０を有し、当該ゲート弁１０の開閉を制御し真空を維持しながらロードチャンバ３あるいは次のクラスタ等へ基板を受渡する。

各クラスタ(A〜D)は、一台の搬送ロボット５を有する搬送チャンバ２と、搬送ロボット５から基板を受取り、所定の処理をする図面上で上下に配置された２つの処理チャンバ１(第１の添え字a〜dはクラスタを示し、第２の添え字u、dは上側下側を示す)を有する。搬送チャンバ２と処理チャンバ１の間にはゲート弁１０が設けてある。

図２は、搬送チャンバ２と処理チャンバ１の構成の概要を示す。処理チャンバ１の構成は処理内容によって異なるが、真空で発光材料を蒸着しEL層を形成する真空蒸着チャンバ１buを例にとって説明する。図３は、搬送チャンバ２ｂと真空蒸着チャンバ１buの構成の模式図と動作説明図である。図２における搬送ロボット５は、全体を上下に移動可能(図３の矢印５３参照)で、左右に旋回可能な２リンク構造のアーム５１を有し、その先端には基板搬送用の櫛歯状ハンド５２を上下二段に２本有する。上下二段にすることによって、上は搬入用、下は搬出用とし、一つの動作で搬入出処理を同時に行なうことができる。２本ハンドにするか１本ハンドにするかは処理内容によって決める。以後の説明では、説明を簡単にするために１本ハンドで説明する。

一方、真空蒸着チャンバ１buは、大別して発光材料を蒸発させ基板６に蒸着させる蒸着部７と、基板６の必要な部分に蒸着させるアライメント部８と、搬送ロボット５と基板の受渡しを行い、蒸着部７へ基板６を移動させる処理受渡部９からなる。アライメント部８と処理受渡部９は右側Rラインと左側Lラインの２系統設ける。処理受渡部９は、搬送ロボット５の櫛歯状ハンド５２と干渉することなく基板６を受渡し可能で、基板６を固定する手段９４を有する櫛歯状ハンド９１と、前記櫛歯状ハンド９１を旋回させて基板６を直立させて、アライメント部８あるいは蒸着部７に移動し対面させる基板面制御手段９２を有する。基板６を固定する手段９４としては、真空中であることを考慮して電磁吸着やクリップ等の手段を用いる。アライメント部８は、図４に示すマスク８１ｍ、フレーム８１fからなるシャドウマスク８１と基板上のアライメントマーク８４によって基板６とシャドウマスク８１とを位置合せするアライメント駆動部８３とを有する。蒸着部７は、蒸着源７１をレール７６上に沿って上下方向に移動させる上下駆動手段７２、蒸着源７１をレール７５上に沿って左右のアライメント部間移動する左右駆動ベース７４を有する。蒸着源７１は、内部に蒸着材料である発光材料を有し、前記蒸着材料を加熱制御(図示せず)することによって安定した蒸発速度が得られ、図３の引出し図に示すように、ライン状に並んだ複数の噴射ノズル７３から噴射される構造となっている。必要によっては、安定した蒸着が得られるように添加剤も同時に加熱して蒸着する。

以上、説明した実施形態の中で、搬送機構を構成するのは、ロードチャンバ３のロード室３１、搬送ロボット５a、受渡室４、搬送チャンバ２の搬送ロボット５及び処理チャンバ１の処理受渡部９である。これらを大別すると、櫛歯状のハンドを有する搬送ロボット５，５aと、そのハンドが挿入されるロード室３１、受渡室４及び処理受渡部９とに分かれる。これら二組が交互に作用しながら基板６を搬送していくことになる。

図５は、その一例として、受渡室４の載置台４１に搬送ロボット５の櫛歯状ハンド５２が挿入し、基板６を受取る状況と構成を示したものである。基板６の上面は表示面となる被蒸着面であり、その下面は非表示面である。従って、従来の下面搬送では接触可能な枠部のみで保持していたが、上面搬送では中央部含めて接触領域として利用できるので撓みの少ない安定した搬送が可能である。図５では、櫛歯状ハンド５２は２本のアームを有しているの、受渡室では３本のレール状の基板保持部４１を有している。櫛歯状ハンド５２の基板６と接触する上面５２uには、ハンド旋回時に基板が摺動しないように保持する保持手段として粘着性のゴム２０が設けられており。面状にゴムを貼付してもよいがあまり粘着力が高いと離脱性が悪くなることも考慮する必要がある。粘着性のゴムのほか、真空環境を考慮して電磁吸着なども適用可能である。

次に、高精彩の蒸着を可能とすることを重点的に説明する。
図６は、図１から図３に示した処理チャンバ１の処理フローを示した図である。本実施形態での処理の基本的な考え方は、上面搬送された基板６を垂直にたてて、アライメント部８に搬送し、蒸着する。搬送時基板６の下面が蒸着面であるならば反転する必要があるが、上面が蒸着面であるので垂直にたてるだけでよい。

基板を垂直に立てて蒸着する理由を図７を用いて説明する。図４に示すように大型基板に対応するシャドウマスク８１の大きさは、１８００ｍｍ×２０００ｍｍ程度になり、しかもマスク８１ｍの厚さは４０μｍであり、今後さらに薄くなる傾向がある。そこで、下面から蒸着すると基板の重さ約５Kｇ、マスク８１ｍの重さが２００Kgであり、マスク８１ｍには両者の重みが影響して大きく撓むことになる。撓んだ基板に撓んだマスク８１ｍで蒸着するので、隣の色領域まで蒸着してしまい、色ボケの状態が生じ彩度が落ちる。そこで、基板６とシャドウマスク８１とをともに立てた状態にして重みによるタワミを解消して、高精彩の色を得るようにした。

次に本実施形態の処理フローを図３を参照しながら図６を用いて詳細に説明する。図３において基板６が存在するところは実線で示す。
まず、Rラインにおいて、基板６Rを搬入し、基板６Rを垂直に立ててアライメント部８Rに移動し、位置合せを行なう(StepR1からStepR3)。このとき、基板は蒸着面を上にした上面搬送であるので、反転等することなく直ぐに位置合せを行なうことができる。位置合せは、図３の引出し図に示すように、CCDカメラ８６で撮像し、基板6に設けられたアライメントマーク８４がマスク８１ｍに設けられた窓８５の中心にくるように、シャドウマスク８１Rを前記アライメント駆動部８３で制御することによって行なう。本蒸着が赤(Ｒ)を発光させる材料であるならば、図４に示すようにマスク８１ｍのＲに対応する部分に窓があいており、その部分が蒸着されることになる。その窓の大きさは色によって異なるが平均して幅５０μｍ、高さ１５０μｍ程度である。マスク８１ｍの厚さは４０μｍであり、今後さらに薄くなる傾向がある。

位置合せが終了したら、蒸着源７１をRライン側に移動させ(StepR4)、その後ライン状の蒸着源７１を上又は下に移動させて蒸着する(StepR5)。Rライン蒸着中に、LラインではRラインと同様にStepL1からStepL3の処理を行なう。すなわち、他の基板６Lを搬入し、当該基板６Lを垂直に立ててアライメント部８Lに移動し、シャドウマスク８１Lとの位置合せを行なう。Rラインの基板６Rの蒸着を完了すると、蒸着源７１はLラインに移動し(StepL4)、Lラインにある基板６Lを蒸着する(StepL5)。このとき蒸着源７１がRラインの蒸着領域から完全に出る前に、基板６Rがアライメント部８Rから離れると、不必要に蒸着される可能性があるので、完全に出た後に、基板６Rの処理チャンバ１からの搬出動作を開始し、その後新たな基板６Rの準備に入る。前記不必要な蒸着を避けるためにラインの間に仕切り板１１を設ける。なお、図３は、StepR５及びStepL1の状態を示している。即ち、Rラインでは蒸着を開始し、Lラインでは真空蒸着チャンバ１buに基板を搬入した状態である。

その後、上記フローを連続して行なうことにより、蒸発部７の移動時間を除いて無駄に蒸着材料を使用することなく蒸着することができる。蒸着に必要な時間とその他処理時間は略１分であり、蒸着源７１の移動時間を５秒とすれば、従来は１分の無駄な蒸着時間が本実施形態では５秒に短縮できる。上記本実施形態によれば、図６に示すように真空蒸着チャンバ１buの処理基板１枚の処理サイクルは実質的に蒸着時間＋蒸着源７１の移動時間となり、生産性を向上させることができる。前述の条件で処理時間を評価すれば、従来の２分に対し、本発明では１分５秒となり、略２倍に生産性を向上することができる。さらに、同一量の蒸着材料に対して蒸着部７が消費する時間は、従来の例と変わりがないが、生産量が２倍になった分だけ、壁等に付着する材料の付着量が低減するので、壁等の付着に対するメインテナンスサイクル及び所要時間も短くなる。その結果、本実施形態によれば装置の稼働率を向上させることができる。

以上、本実施形態によれば、蒸着装置を有する装置において簡単な構造で上面搬送ができる。
また、本実施形態によれば、上面搬送行い基板を立てて蒸着することで、基板に高精彩に蒸着することができる。

次に、第２、第３の実施形態を図８を用いて説明する。第１の実施形態では、蒸着源７１が移動して処理したが、本実施形態では、図８(a)はアライメント部８が移動する例であり、図８(b)は処理受渡部９が移動する例を示す。基本的な動きは実施形態１と同じである。

まず、図８(a)の、処理受渡部９から基板６を受取り保持したアライメント部８が移動し処理する例を説明する。なお、図８において、基板６、アライメント部８及び処理受渡部９が存在するところは実線で示す。

まず、Rラインにおいて、基板６Rを搬入し、基板６Rを垂直に立ててアライメント部８Rに基板６Rを移動し、位置合せを行なう。その後、アライメント部８R、８Lはアライメントベース８Ｂにより一体となって蒸着部７の前まで左に移動する。なお、アライメント部８R，８Lは、個別に左右に移動する構造であってもよい。その移動機構(図示せず)としては、実施形態１と同様にレールを設け、その上を移動させる方法を用いてもよい。次に基板６Rの蒸着を行なう。基板６Rが蒸着している時は、アライメント部８Lは、処理受渡部９Lの前に来ているので、他の基板６Lを受取り、位置合せ等の処理を行なうことができる。基板６Rの蒸着処理が終了したならば、アライメント部８R、８Lは一体となって蒸着部７の前まで右に移動し、基板６Lの蒸着処理を行なう。今度は、アライメント部８Rは、処理受渡部９Rの前に来ているので、他の基板６Rを受取り、次の蒸着の準備ができる。なお、図８(a)は、基板６Ｌを蒸着中で、基板６Ｒがアライメント部８Ｒに受取ったところを示す。

次に、図８(ｂ)の、処理受渡部９が移動して処理する例を説明する。この場合は、アライメント部８と蒸着部７は固定である。処理受渡部９R、９Lが一体となって左右に移動する。なお、処理受渡部９R，９Lは個別に左右に移動する構造であってもよい。本例では、処理受渡部９が移動し、基板を垂直にたてて、位置合せをし、蒸着する。蒸着している間に、他方の基板の搬入と新たな基板の搬入が可能となる。なお、図８(b)は、基板６Ｌを蒸着中で、基板６Ｒが処理受渡部９Rに搬入されたところを示す。

従って、本２つの実施形態においても、簡単な構造で上面搬送ができ、上面搬送で基板に高精彩に蒸着すことができる。

以上の実施形態において、基板を垂直に立てることを説明したが、蒸着部の構成によっては斜めでもよい。また、極端な例としては、上部から安定した蒸着した機構を用いれば、垂直に立てる必要もない。

また、以上の実施形態の説明においては、蒸着部７、アライメント部８及び処理受渡部９は同一真空チャンバに設けたが、チャンバ間の移動はゲートを介して行なうことで、蒸着部を処理チャンバに、アライメント部及び処理受渡部は搬送チャンバ等に設けることも可能である。

さらに、以上の実施形態の説明においては、搬送系を真空内で構成したが、特許文献１に示すように真空の処理チャンバの前に真空外に設けられたスライド装置があり、処理チャンバの前でアームを伸縮させて基板を搬出入することが開示されている。このような装置においても、前記スライド装置、伸縮アーム、処理チャンバへの搬出入ロード部及び処理チャンバ内の処理受渡部から構成される搬送系に本発明を適用することが可能である。

また、上記説明では有機ELデバイスを例に説明したが、有機ELデバイスと同じ背景にある蒸着処理をする成膜装置および成膜方法にも適用できる。

１：処理チャンバ 1bu：真空蒸着チャンバ
２：搬送チャンバ３：ロードチャンバ
４：受渡室５：搬送ロボット
６：基板７：蒸着部
８：アライメント部９：処理受渡部
１０：ゲート弁１１：仕切り板
２０：保持手段(粘着性ゴム) ３１：ロード室
４１：受渡室の基板保持部８１：シャドウマスク
７１：蒸着源１００：有機ELデバイスの製造装置
Ａ〜Ｄ：クラスタ。

Claims

基板を搬入する搬入ロード室と、前記基板と蒸着位置を位置合わせするシャドウマスクを有し蒸着材料を前記基板に蒸着する少なくとも１台の真空チャンバと、前記基板を搬出する搬出ロード室と、前記搬入ロード室から前記搬出ロード室へ前記基板を搬送する搬送機構を有する有機ＥＬデバイス製造装置において、
前記真空チャンバは前記基板を受渡し、前記基板を垂直又は略垂直に立てて蒸着する位置に存在するシャドウマスクに対面させる基板面制御手段を有する第１処理受渡部及び第２処理受渡部と、前記第１の処理受渡部を介して搬入された第１の基板を蒸着中に、前記第２処理受渡部を介して搬入された第２の基板の前記位置合せを終了させ、第１の前記基板を蒸着した蒸着源で第２の前記基板を蒸着中に第１の前記基板を前記真空チャンバ内から搬出させる蒸着手段とを有し、前記搬送機構は前記第１処理受渡部及び前記第２処理受渡部を除いて前記基板の蒸着面を上面にして搬送することを特徴とする有機ＥＬデバイス製造装置。
前記搬送機構のうち少なくとも前記基板を移動させる機構部には前記基板を保持する保持手段を有することを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬデバイス製造装置。
前記保持手段は前記基板を移動させる機構部上面に設けられた粘着性ゴムであることを特徴とする請求項２に記載の有機ＥＬデバイス製造装置。
前記蒸着手段は、前記第1の基板と前記第２の基板との間を、前記蒸着源を移動させる駆動ベースを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の有機ＥＬデバイス製造装置。
前記蒸着手段は、前記位置合わせをした前記基板と前記シャドウマスクを前記蒸着源側に移動させる手段を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の有機ＥＬデバイス製造装置。
前記蒸着手段は、前記第１及び第２処理受渡部を順次前記蒸着源側に移動させる移動機構を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の有機ＥＬデバイス製造装置。
基板を搬入ロード室から搬入させ、少なくとも１台の真空チャンバを介して、搬出ロード室へと搬送し、前記真空チャンバにおいて前記基板とシャドウマスクとの蒸着位置を位置合わせし、蒸着材料を前記基板に蒸着する有機ＥＬデバイス製造方法において、
前記基板の蒸着面を上面にして搬送し、蒸着面を上面にして搬送されてきた前記基板を前記真空チャンバ内の第１又は第２処理受渡部で受渡し、前記第１の処理受渡部を介して搬入された第１の基板を蒸着中に、前記第２処理受渡部を介して搬入された第２の基板の前記位置合せを終了させ、前記第１の基板を蒸着した蒸着源で前記第２の基板を蒸着中に前記第１の基板を前記真空チャンバ内から搬出させ、前記蒸着は前記第１及び第２の基板を垂直または略垂直に立てて蒸着する位置に存在するシャドウマスクに対面させて行う、ことを特徴とする有機ＥＬデバイス製造方法。
少なくとも前記基板を移動させる場合には前記基板の搬送面が摺動しないように保持することを特徴とする請求項７に記載の有機ＥＬデバイス製造方法。
基板を搬入する搬入ロード室と、前記基板と蒸着位置を位置合わせするシャドウマスクを有し蒸着材料を前記基板に蒸着する少なくとも１台の真空チャンバと、前記基板を搬出する搬出ロード室と、前記搬入ロード室から前記搬出ロード室へ前記基板を搬送する搬送機構を有する成膜装置において、
前記真空チャンバは前記基板を受渡し、前記基板を垂直又は略垂直に立てて蒸着する位置に存在するシャドウマスクに対面させる基板面制御手段を有する第１処理受渡部及び第２処理受渡部と、前記第１の処理受渡部を介して搬入された第１の基板を蒸着中に、前記第２処理受渡部を介して搬入された第２の基板の前記位置合せを終了させ、第１の前記基板を蒸着した蒸着源で第２の前記基板を蒸着中に第１の前記基板を前記真空チャンバ内から搬出させる蒸着手段とを有し、前記搬送機構は前記第１処理受渡部及び前記第２処理受渡部を除いて前記基板の蒸着面を上面にして搬送することを特徴とする成膜装置。
基板を搬入ロード室から搬入させ、少なくとも１台の真空チャンバを介して、搬出ロード室へと搬送し、前記真空チャンバにおいて前記基板とシャドウマスクとの蒸着位置を位置合わせし、蒸着材料を前記基板に蒸着する成膜方法において、
前記基板の蒸着面を上面にして搬送し、蒸着面を上面にして搬送されてきた前記基板を前記真空チャンバ内の第１及び第２処理受渡部で受渡し、前記第１の処理受渡部を介して搬入された第１の基板を蒸着中に、前記第２処理受渡部を介して搬入された第２の基板の前記位置合せを終了させ、前記第１の基板を蒸着した蒸着源で前記第２の基板を蒸着中に前記第１の基板を前記真空チャンバ内から搬出させ、前記蒸着は前記第１及び第２の基板を垂直または略垂直に立てて蒸着する位置に存在するシャドウマスクに対面させて行う、ことを特徴とする成膜方法。